專利名稱：一種傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合完整性保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種在數(shù)據(jù)融合與傳輸過程中抗攻擊的數(shù)據(jù)完整性檢驗方法，屬于信息安全與物聯(lián)網(wǎng)應用技術領域。
背景技術：
作為物聯(lián)網(wǎng)主要組成部分的傳感器網(wǎng)絡，部署的傳感器節(jié)點通常進行周圍環(huán)境的信息采集，如人體生理參數(shù)、空氣監(jiān)測、軍事監(jiān)測等，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)采集的物聯(lián)網(wǎng)應用。在數(shù) 據(jù)的采集過程中，有ー些應用對安全性要求較高，所以要進行采集數(shù)據(jù)的安全性和完整性保護，以防止數(shù)據(jù)在采集與融合過程中的泄露和篡改，使最終的匯聚節(jié)點能夠正確地獲取其他傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，最終使應用能正確地進行。現(xiàn)有的關于傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合完整性檢驗方法較少，主要是He提出的iPAD方法，采用數(shù)據(jù)冗余檢測，通信量大，人們一直試圖尋求新的簡單的完整性檢測方法，這也本發(fā)明的出發(fā)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是為保證傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)在融合和傳輸過程中的安全性和完整性，提出ー種數(shù)據(jù)傳輸安全加密和數(shù)據(jù)融合完整性監(jiān)測方法。本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案ー種傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合完整性保護方法，包括以下步驟步驟一、節(jié)點初始化由總匯聚節(jié)點向網(wǎng)絡發(fā)送用于數(shù)據(jù)隱私保護的參數(shù){a' pi = 1，2，...，N}，以及對節(jié)點i采集的數(shù)據(jù)進行加密的密鑰h ;其中，N代表傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點總數(shù)；步驟ニ、由節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)加密，具體如下步驟101)、設節(jié)點i采集的數(shù)據(jù)為ai;計算Si = (a^a/ ,bj , i = I, 2, · · · ,N ;虛數(shù)部分h用于數(shù)據(jù)完整性驗證，且h = i3*ai;其中β是本次數(shù)據(jù)匯聚過程中由總匯聚節(jié)點發(fā)送給所有節(jié)點共享的ー個全局參數(shù)值，其數(shù)值在下一次總匯聚節(jié)點查詢中隨機改變；步驟102)、采用初始化過程中總匯聚節(jié)點分發(fā)給節(jié)點i的密鑰ki對數(shù)據(jù)Si進行加密，結果為Ci = Eki(Si);然后由節(jié)點i將加密后的數(shù)據(jù)Ci發(fā)送給自己的父節(jié)點；步驟103)、父節(jié)點重復步驟101)和步驟102)的數(shù)據(jù)加密過程，然后再將加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送給它的上一級父節(jié)點，直至該數(shù)據(jù)匯聚到總匯聚節(jié)點；步驟三、由總匯聚節(jié)點計算實際采集數(shù)據(jù)和進行數(shù)據(jù)完整型驗證，具體如下步驟a)、由總匯聚節(jié)點對各節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)進行解密，得到明文數(shù)據(jù)S，該明文數(shù)
據(jù)S包括實數(shù)部分も和虛數(shù)部分Sim，其中S=Xろ(t)，t代表數(shù)據(jù)采集時刻；步驟b)、計算網(wǎng)絡中所有用于隱私保護的參數(shù)之和Sa=X ! (t)；步驟C)、計算實際采集的數(shù)據(jù)之和Sd = Sr-Sa ；
步驟d)、計算融合數(shù)據(jù)中虛數(shù)部分的理論值St—im = β *Sd ；步驟e)、驗證數(shù)據(jù)的完整性，具體如下如果St im = Sim，則數(shù)據(jù)完整性沒有破壞，數(shù)據(jù)在節(jié)點的融合過程中沒有篡改；反之，數(shù)據(jù)在節(jié)點的融合過程中受到了篡改攻擊。本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果本發(fā)明對節(jié)點采集的真實數(shù)據(jù)中增添私有種子進行隱私保護，并利用復數(shù)的虛實部關聯(lián)特性進行數(shù)據(jù)的完整性保護。方法實施簡単，既通過數(shù)據(jù)加密實現(xiàn)數(shù)據(jù)的機密性，又通過數(shù)據(jù)融合過程中增加虛部數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合完整性檢測，從而增強了傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合的安全性，為物聯(lián)網(wǎng)的應用提供安全保障。


圖I是數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的示意圖。圖2是數(shù)據(jù)融合的完整性檢驗流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進ー步的詳細說明對ー個節(jié)點總數(shù)為N的傳感器網(wǎng)絡，包含了三種類型的節(jié)點，分別是最終匯聚節(jié)點、中間融合節(jié)點和葉子節(jié)點。中間融合節(jié)點負責融合從葉子節(jié)點接收的數(shù)據(jù)和自身采集的數(shù)據(jù)，再向上傳遞給其父節(jié)點，同時向下傳遞其父節(jié)點的查詢請求。葉子節(jié)點只負責采集數(shù)據(jù)并傳遞給其父節(jié)點。圖I為中間融合節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集融合的示意圖，圖中節(jié)點在t時刻采集的數(shù)據(jù)分別為djt)、d2(t)、d3(t)、d4(t)、d5(t)和d6(t)，我們定義數(shù)據(jù)融合函數(shù)為求和函數(shù)
(sum),記⑴，其他許多典型的數(shù)據(jù)融合函數(shù)，如求平均值(averaSe)、求最大值
(max)、求最小值(min)等都可以化簡為sum函數(shù)，因此在本發(fā)明中只涉及sum函數(shù)。如圖I所示，選用傳感器網(wǎng)絡為6個節(jié)點，即i = 1，2，...，N，N = 6;節(jié)點6為最終匯集節(jié)點。結合圖2所示，本發(fā)明的數(shù)據(jù)融合完整性保護方法包括如下步驟步驟ー節(jié)點初始化；由總匯聚節(jié)點6向前5個節(jié)點對應的隱私保護參數(shù)、秘密的全局參數(shù)β分別如下
權利要求
1.一種傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合完整性保護方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、節(jié)點初始化 由總匯聚節(jié)點向網(wǎng)絡發(fā)送用于數(shù)據(jù)隱私保護的參數(shù){a' i，i = 1,2,.. .，N}，以及對節(jié)點i采集的數(shù)據(jù)進行加密的密鑰h ;其中，N代表傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點總數(shù)； 步驟二、由節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)加密，具體如下 步驟101)、設節(jié)點i采集的數(shù)據(jù)為Bi，計算Si = (aja" , b) , i = I, 2, , N ;虛數(shù)部分h用于數(shù)據(jù)完整性驗證，且匕=0* ，其中P是本次數(shù)據(jù)匯聚過程中由總匯聚節(jié)點發(fā)送給所有節(jié)點共享的一個全局參數(shù)值，其數(shù)值在下一次總匯聚節(jié)點查詢中隨機改變；步驟102)、采用初始化過程中總匯聚節(jié)點分發(fā)給節(jié)點i的密鑰Ici對數(shù)據(jù)Si進行加密，結果為Ci = Eki(Si);然后由節(jié)點i將加密后的數(shù)據(jù)Ci發(fā)送給自己的父節(jié)點； 步驟103)、父節(jié)點重復步驟101)和步驟102)的數(shù)據(jù)加密過程，然后再將加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送給它的上一級父節(jié)點，直至該數(shù)據(jù)匯聚到總匯聚節(jié)點； 步驟三、由總匯聚節(jié)點計算實際采集數(shù)據(jù)和進行數(shù)據(jù)完整型驗證，具體如下 步驟a)、由總匯聚節(jié)點對各節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)進行解密，得到明文數(shù)據(jù)S，該明文數(shù)據(jù)S包括實數(shù)部分&和虛數(shù)部分Sim，其中S=f>, (t)，t代表數(shù)據(jù)采集時刻； /=1 步驟b)、計算網(wǎng)絡中所有用于隱私保護的參數(shù)之和Sa=|>!. (t)； /=1 步驟c)、計算實際采集的數(shù)據(jù)之和Sd = Sr-Sa ； 步驟d)、計算融合數(shù)據(jù)中虛數(shù)部分的理論值St—im = ^ *Sd ； 步驟e)、驗證數(shù)據(jù)的完整性，具體如下 如果St im = Sim，則數(shù)據(jù)完整性沒有破壞，數(shù)據(jù)在節(jié)點的融合過程中沒有篡改；反之，數(shù)據(jù)在節(jié)點的融合過程中受到了篡改攻擊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合完整性保護方法，屬于信息安全與物聯(lián)網(wǎng)應用技術領域。針對傳感器網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)融合的安全問題，本發(fā)明首先由數(shù)據(jù)融合過程中的總匯聚節(jié)點進行網(wǎng)絡節(jié)點的初始化安全參數(shù)，再通過對傳感器節(jié)點需要融合的數(shù)據(jù)增添私有種子進行隱私保護，并利用復數(shù)的虛實部數(shù)據(jù)關聯(lián)特性進行數(shù)據(jù)的完整性保護，對檢查遭受攻擊篡改的數(shù)據(jù)可以采取相應的措施，提高傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合和相關應用的安全性，為物聯(lián)網(wǎng)的應用提供安全保障。
文檔編號H04W12/02GK102638791SQ20121010592
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權日2012年4月11日
發(fā)明者周強, 徐勁松, 徐小龍, 朱薇, 楊庚, 陳蕾 申請人:南京郵電大學